Сборник №1, 2008, страницы 37-41 вопросы теории методики определения бронепробиваемости



Скачать 68.81 Kb.
Pdf просмотр
Дата27.01.2018
Размер68.81 Kb.
ТипСборник


Морской сборник № 1, 2008, страницы 37-41
ВОПРОСЫ ТЕОРИИ
МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
БРОНЕПРОБИВАЕМОСТИ
Определение толщины пробиваемой преграды имеет большое значение при оценке боевой эффективности артиллерийских систем при стрельбе по брониро- ванным объектам. Из вооружений и боевой техники наиболее распространенны- ми случаями применения бронирования являются танки и корабли. При этом термин «пробивание» варьируется в разных работах от «достижения носиком снаряда задней поверхности плиты» и «образования сквозных трещин» — бал- листический предел по терминологии принятой в армии США, до «прохождения через плиту», «прорыва плиты» или «пробивания плиты» — баллистический предел по терминологии флота США, хотя другие понятия также достаточно час- то используются. Поэтому не всегда ясно, что имеют в виду некоторые авторы: ведь, например, снаряд может в процессе пробивания плиты разрушиться, но в то же время одна или несколько его частей могут ее пробить. Подобное различие связано с большей уязвимостью наземных бронированных объектов по сравне- нию с морскими. Ведь если на суше достаточно, чтобы отколовшиеся с внутрен- ней стороны осколки брони вывели из строя внутреннее оборудование танка или личный состав, то для поражения корабля необходимо, чтобы снаряд целым прошел через преграду и разорвался как можно глубже в корпусе корабля.
Из наиболее доступных и известных работ в области бронепробиваемости морских орудий являются труды Н.Окуна [Окип], общепринятого эксперта по данному вопросу. Отечественные работы в этой области в основном закрытые, а в открытых источниках применяется лишь формула Якоба де Марра. Исключение составляет лишь работа В.П. Костенко, но и там приводится лишь пара альтерна- тивных методик, сводя все рассуждения к той же формуле. Таким образом, как для специалистов, так и для любителей будет небезынтересным ознакомление с альтернативными формулами и методиками по расчету процесса пробивания брони.
Скорость движения снаряда в броне гораздо меньше скорости распростране- ния волны упругой деформации (скорости звука в броне), а потому в первом приближении можно считать, что броня сопротивляется движению снаряда как единое целое. Ударное воздействие осуществляется за счет кинетической энер- гии снаряда, в момент удара имеющей значение K=0,5mv
2
, где m — масса сна- ряда, v — его скорость в момент удара. В системе британских мер и весов, приня- той в формулах Окуна, необходимо вместо m использовать отношение m/g (g — ускорение свободного падения, равное 32,17 фт/с
2
). В процессе движения снаряда его кинетическая энергия снижается вплоть до нуля, поэтому по значению K можно оценить максимальную толщину пробиваемой брони, которую способен пробить снаряд в момент удара.
Кинетическая энергия расходуется на совершение работы по движению сна- ряда в плите: W=maL, где L — пройденный снарядом путь в плите до его полной остановки; a — ускорение торможения. Если в уравнении подставить полную


Морской сборник № 1, 2008, страницы 37-41
толщину плиты T, это уравнение даст такую кинетическую энергию, которой должен обладать снаряд, чтобы ее пробить. С другой стороны, сила сопротивле- ния движению снаряда в плите также будет пропорциональна толщине проби- ваемой плиты, поэтому можно записать: W=kT
2
, где k — коэффициент пропор- циональности, или коэффициент качества брони.
Для преобразования полученного уравнения к безразмерному виду необхо- димо от значения пробиваемой брони перейти к безразмерному комплексу T/D, где D — калибр снаряда. И, наконец, для учета косого удара необходимо умно- жить правую часть уравнения на cos α , где α — угол встречи снаряда с прегра- дой.
Поэтому формулу бронепробиваемости для определения, например, необхо- димой скорости можно записать окончательно как: где K — постоянная; C — коэффициент выделки плиты (меняющийся в зави- симости от технологии и качества выделки); t, d, m и a — показатели степеней, которые будут отличать одну эмпирическую формулу от другой. Как видно, для идеального случая, эти коэффициенты равны: t=1; d = 0; m = 0,5; a = 1. В форму- ле Якоба де Марра эти коэффициенты имеют следующие значения: t = 0,7; d =
0,75; m = 0,5; a = 1. В ряде формул C и cos объединяются, чтобы определить ка- чество брони при косом ударе, из-за чего в таких формулах отсутствует угол.
Факторы, определяющие бронепробиваемость снаряда, изменяются доволь- но быстро при его движении в плите. Так, головная часть снаряда постепенно разрушается, а подрезы-локализаторы ограничивают распространение разруше- ния к каморе снаряда. Поэтому реально в ударе участвует не масса М, а значи- тельно меньшая. Этот эффект следует учесть показателем степени m меньшим
0,5 (в формуле де Марра m = 0,5, что лишний раз свидетельствует о том, что она описывает идеальный случай).
Так, по формулам Н.Окуна для цементированной броневой плиты (типа компаунд, Гарвей или Крупп) показатель степени для массы m только 0,2, при том, что показатель степени для скорости 12,1 (в шесть раз больше, чем может дать уравнение кинетической энергии). Причина тут единственная: кинетиче- ская энергия идет на деформацию самого снаряда: металл на кончике снаряда тормозится и теперь уже кинетическая энергия снаряда направлена не на проби- тие плиты, а на проталкивание металла кончика. Если не учитывать сминание кончика, показатель степени у массы снаряда был бы около нуля и такие снаря- ды бы были минимальной массы — много меньше чем масса всех реальных сна- рядов.
Следующая сложность при использовании вышеприведенной формулы со- стоит в учете коэффициента пропорциональности K, стоящем в правой части.
Если справедлива гипотеза о равенстве кинетической энергии и работы, то, как показано K = 0,5.
Фактически же значения K лежат в интервале от 0,5 до 1,0. При K=0,5 меха- низм пробивания плиты заключается в следующем: плита состоит из множества


Морской сборник № 1, 2008, страницы 37-41
элементарных слоев и каждый слой сопротивляется по отдельности. Поэтому общая сила сопротивления определяется как сумма элементарных сил сопротив- ления каждого слоя. Картина отверстия от снаряда в этом случае будет иметь идеально круглую форму. С другой стороны, когда K = 1,0 характерным случаем пробивания будет случай, как для подкалиберного бронебойного снаряда. Про- бивая броню, сердечник находится под всесторонним сжатием, из-за этого про- исходит «выдавливание» материала плиты с задней кромки, подобно выдавли- ванию пробки из бутылки. В этом случае с самого первого мгновения соударения в ударе участвует вся толщина плиты. Форма отверстия при этом будет сопрово- ждаться характерными лепестками на внутренней поверхности плиты.
По поводу качества выделки плит в литературе, в том числе и популярной, существует множество рекомендаций, указанных в табл. 1. Но это все ориентиро- вочные значения. Большую точность могут дать эмпирические формулы, опре- деленные разными авторами в разное время.
Таблица 1
Традиционный способ учета качества брони через эквивалентные
толщины (по разным источникам)
Плиты [Weyer]
[Eizaguirre] [Хмара], [Сулига] [Рожевский] [Шершов] крупповская 100 100 100 100 100 гарвеевская 125 125 130
— 120 стальная 200 180 170 150-180 170 броня-компаунд
200 210 железная 300 225 250 300 210-230
Формула Фаирбарна получена для пробивания железной брони чугунным ядром. Дает явно заниженные результаты по сравнению с пробиванием броне- бойным снарядом.
В формуле Тресидера нарушается соотношение между кинетической энерги- ей и пробиваемой брони (скорость в степени 1,5). Возможно, это несоответствие объясняется неточностями замера параметров или же низким качеством контро- ля состояния химического состава плиты.
Формула Круппа послужила базой для дальнейшего ее уточнения в других странах. Например, во Франции ее пересмотрел и уточнил Якоб де Марр. В его формуле обращает на себя внимание множитель Dd, стоящий перед выражени- ем кинетической энергии. Он означает, что снаряды большего диаметра проби- вают данную броню с большим эффектом. Отчасти это, возможно, связано с большей целостностью снарядов крупного калибра (мелкокалиберный снаряд проще сломать), но, возможно, все гораздо проще: качество плиты с увеличением толщины ухудшается.
Все три формулы имеют сходный характер.
Поскольку в конце XIX — начале XX вв. производство броневых плит малой толщины сопровождались непреодолимыми технологическими трудностями, на их изготовление шла обычная конструкционная сталь, по терминологии того времени «броня Сименс-Мартин» (мартеновская сталь) [Митюков, 2007]. Для оценки пробиваемости тонкостенных конструкций рекомендуется формула
Брайнарда [Brainard], годная для конструкционной стали.
Что касается гарвеезированной брони, то она представляла собой сверхтвер-


Морской сборник № 1, 2008, страницы 37-41
дый слой (толщиной до одного дюйма), положенный на мягкую стальную под- ложку. При цементировании поверхностного слоя, вероятно, возникали техноло- гические сложности, так что наилучшим сопротивлением обладали лишь тол- стые плиты.
Надо сказать, что применение поверхностного упрочнения меняет механику пробивания плиты: при ударе о твердую поверхность, как правило, происходит потеря снарядом головной части и его распадение на несколько фрагментов. При дальнейшем движении вязкая подложка улавливает осколки снаряда и своего сверхтвердого слоя. Из-за этого результаты испытаний обычно сильно отлича- лись друг от друга.
Если Гарвей применил цементацию поверхностного слоя с мягкой подлож- кой, то Крупп предложил совместить ее с обработкой давлением и более глубо- ким легированием, из-за чего качество плиты перестало зависеть от ее толщины.
На рис. 1 представлены кривые бронепробиваемости при стрельбе 305-мм орудием линкора «Полтава». Как видно, сорта стальной брони располагаются достаточно кучно. Расхождение между результатами достигает не более 10 %, что отчасти можно объяснить уровнем технологии и культуры производства: лучшая броня у англичан, потом у германцев, французская самая плохая. Эти рассужде- ния находят свое подтверждение и в литературе, когда, например, третьи страны предпочитали заказывать броненосцы именно в Англии.
Применение гарвеевской брони дает увеличение эффективности примерно на 70-100 %, что подтверждается данными табл. 1. Применение крупповской бро- ни дает еще примерно 25 % увеличения эффективности, что снова подтверждает- ся табл. 1.
В период после Первой мировой войны броневой материал претерпел суще-

Рис. 1. Бронепробиваемость различных сортов брони главным
калибром линкора «Полтава»


Морской сборник № 1, 2008, страницы 37-41
ственные изменения. Если до того все страны производили более или менее оди- наковые плиты, то теперь появилась возможность варьирования характеристик бронирования в зависимости от национальных доктрин и типовых боевых задач.
Так, сопротивляемость 203-мм снаряду германской брони типа Wh (Wotan harte) и американской типа STS были примерно одинаковы. Но 380-мм снаряд проби- вал Wh на 10 % более толстую, зато 20-мм — примерно на 20 % более толстую STS
(наверно имелось ввиду 203-мм, но так в тексте – К.М.)
. Все это привело к тому, что в это время прижились универсальные формулы, способные прогнозировать свой- ства широкой номенклатуры броневого материала.
В формуле де Марра для никелированной стали диапазон углов косого удара ограничивается 30°. Коэффициент C — это коэффициент качества выделки. Так, для гарвеезированной брони он имеет значение примерно 1,2...1,25. Поскольку отечественные работы в области бронепробиваемости были в основном закры- тые, открытые источники, как правило, не акцентируя внимания на других мето- диках, применяли лишь формулу Якоба де Марра. Между тем она работает лишь для случая гомогенной мягкой брони, но совершенно неудовлетворительна для слишком тонкой или толстой брони.
Универсальная формула Круппа имеет вид, аналогичный формуле для про- бивания гарвеезированной брони снарядом с колпачком. Поправка заключается лишь введением коэффициента качества выделки С. Значение этого коэффици- ента изменяется от 525 для обычной конструкционной стали, пробиваемой сна- рядом с колпачком, 655...694 — для бронебойных снарядов с колпачком, проби- вающих так называемую сталь Wh — «укрепленную сталь Вотан», фактически гомогенную броню, и достигает максимума 804 при пробивании бронебойным снарядом без колпачка новейших броневых плит крупповской выделки.
Универсальная формула Томпсона имела первоначально коэффициент C, включавший в себя и косой удар, но впоследствии, чтобы снизить диапазоны его колебания, угол встречи был вынесен в качестве дополнительного множителя.
Используемые в настоящее время в США методики для расчета броне- пробиваемости основаны именно на формуле Томпсона и даже, когда в 1950-х годах на флоте прекратились эксперименты с броней и все документы были пе- реданы армии, эта формула также сохранила актуальность.
На рис. 2 показаны сравнительные результаты расчета бронепробиваемости для 254-мм морского орудия с длиной ствола 45 калибров. Стрельбы проводи- лись в 1910-х гг. и опубликованы в работе Титушкина. Коэффициент качества брони для каждой из формул определялся по начальным условиям (скорость на срезе ствола, угол падения нулевой). Как видно из рисунка, наилучшее схожде- ние дает формула де Марра. Формула Круппа дает завышенные результаты, формула Томпсона — заниженные. Подобная картина наблюдается и при расчете бронепробиваемости 305-мм, 203-мм и 152-мм орудий, взятых из той же работы.
Поэтому следует признать, что либо при проведении тестов реальные броневые плиты (как это уверяется в работе Титушкина) не пробивались, а определялась их толщина по формуле де Марра, либо формула действительно наиболее целесо- образна к применению для моделирования морских сражений конца XIX — на- чала XX вв.


Морской сборник № 1, 2008, страницы 37-41
Литература
См.: Brainard F.R. Blindaje Moderno // Revista General de la Marina. — 1891. — № 29. — Julio. —
P. 47-62.
См.: Okun N. Major Historical Naval Armor Penetration Formulae. Режим доступа:
[http//www.warships1.com].
См.: Weyer B. Taschenbuch der Kriegsflotten. 1916. — Munchen: J.F. Lehmanns Verlag, 1916. —
568 s.
См.: Агокас Е.В. Боевые средства авиации — М.: МАИ, 1934. — C.147.
Костенко В.П. Броневая защита боевых кораблей. — Л.: ЦНИИ им. Крылова, 1948. — C.288.
Митюков H.B. Моделирование морских сражений // Морской сборник. — 2002. — № 9. — С. 35-
37.
Митюков H.B. Бронепалубные крейсера типа «Рейна Рехенте». — М.: Морская коллекция, 2006.
— C.32.
Рожевский, Бабичев. Обзор производства броневых плит для вертикальной защиты судов. — Л.:
НИИ военного кораблестроения ВМС РККА, 1933.
Основания устройства и конструкция орудий и боеприпасов наземной артиллерии / Под ред. полк. И.А. Соколова. — М.: Воениздат, 1976. — C.459.
Сулига С.В. Корабли русско-японской войны: Справ. издание. — T.1. — М.: Аскольд, 1993. — 56 с; T.2. — Якутск: Сахаполиграфиздат, 1995. — С.48.
Титушкин СИ. Корабельная артиллерия в русско-японской войне // Гангут. — 1997. — № 7. — С.
64-79.
Хмара Ю.М. Броневые, артиллерийские и коэффициенты относительной боевой эффективности броненосных кораблей русско-японской войны. — М., 1999. — С.42.
Чаусов В. Н. Артиллерия и броня //Линкоры Второй мировой. — М.: Коллекция, Яуза, ЭКСМО,
2005. — С. 232-254.
Шершов А.П. История военного кораблестроения с древнейших времен до наших дней. — СПб.:
Полигон, 1994. —С. 360.
Широкорад А.Б. Энциклопедия отечественной артиллерии. — Минск: Хар-вест, 2000. — С.1156.
Н.МИТЮКОВ
кандидат технических наук
Рис. 2. Расчет пробиваемости крупповской брони для 254-мм
морского орудия по универсальным формулам и сравнение с
результатами стрельб


Так как отдельные деятели журнала «Морской сборник»
занимаются «заимствованием» чужих фотографий – то совесть
меня не мучает за воровство этой статьи.
Считайте это маленькой местью.
Н. Митюкову – мои извинения. В статье я поправил только явные грам- матические ошибки, и то не все.
Кочетов Михаил, Новороссийск
colonel@nsma.ru


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница